2026年8月31日——从量子优势的首次演示到低温系统的新型模块化架构，今年量子计算领域已涌现出许多重要进展。随着IBM Quantum Nighthawk r2现已在IBM Quantum Platform上线，这一进展仍在延续。

Nighthawk r2是IBM迄今速度最快的量子处理器。凭借120个可编程量子比特和开创性的高速量子比特重置架构，它每秒可执行超过10万个电路——是如今IBM Quantum Heron系列电路吞吐量的25倍。此外，该处理器已能在包含7500多个门电路的电路上实现对可观测量的精确估计，达成了IBM Quantum路线图上2026年的一个重要里程碑。

正如近期一篇关于量子硬件指标的文章所讨论的，IBM从规模、质量和速度三个基本维度来评估量子硬件。Nighthawk r2保持了与其r1前代相同的规模，同时在质量上进行了有针对性的改进，但其最重大的进步在于速度。下面就来细看IBM研究人员是如何将这一改进变成现实的。

利用独立、高速的量子比特重置加速计算

IBM Quantum Nighthawk r2解决了量子计算中一个长期存在的瓶颈：在电路执行之间等待量子比特重置所耗费的时间。每个量子电路都以量子比特制备到已知状态开始，以量子比特测量结束。在两次执行之间，量子比特必须先返回基态，下一轮采样（shot）才能开始。

为了实现这一点，此前的IBM Quantum处理器（包括Heron）采用的是一种名为条件重置的技术，该技术由动态电路驱动：处理器测量量子比特的状态，如果发现其处于|1⟩态，就施加一个比特翻转门（具体为π脉冲），将其翻转回基态。

然而，条件重置受限于测量保真度，而且无法重置泄漏到计算子空间之外的量子比特。为确保完全重置，系统不得不在两次电路执行之间空闲数百微秒。

Nighthawk r2用耗散式重置装置取代了条件重置和空闲等待。每个可编程量子比特都通过一个高动态范围的可调耦合器与冷环境相连，可按需将量子比特拉回基态。激活该耦合器，可将量子比特的有效T1——衡量量子比特保持能量时间长短的指标——从中位数的约200微秒降到约25纳秒，从而实现快得多的高质量重置。

关键在于，这种主动式量子比特重置不会扰动相邻量子比特，同时将两轮电路运行之间的空闲时间缩短到仅1微秒。其结果是，系统在单位时间内能够完成的有用计算量大幅增加。Nighthawk r2每秒可执行10万个电路，相比每秒约4000个电路的Heron实现了25倍的提速。

在实践中，这种增益在科研界常见的大规模、重复性工作负载中最为显著。在量子优势候选电路上的早期测试已经表明，运行速度最高可提升10倍，且精度不受损失。

要实现这一点，系统所需可控量子元件的数量远超用户直接编程所涉及的元件数。Nighthawk r2的120个可编程量子比特由218个专用耦合器和120个独立量子比特重置元件支撑——每个可编程量子比特配有一个重置元件——物理量子元件总数达458个。

从工程角度看，这些额外的耦合器和重置元件与可编程量子比特几乎没有区别，这使得Nighthawk r2成为IBM迄今投入生产的最复杂的量子处理器。

在不牺牲质量的前提下提升速度

当然，如果这种速度是以牺牲保真度为代价，而保真度又是有用且精确的计算所必需的，那么即便最快的量子处理器也价值有限。

Nighthawk r2不仅保持了前代产品的质量，还引入了一项关键改进：由于新的高速重置能力会将量子比特主动冷却回基态，整个器件的初始化误差降至原来的约1/25。其原理很简单——更干净的初始状态意味着更精确的结果。

尤为关键的是，Nighthawk r2在获得这些增益的同时，并没有牺牲其他方面的性能。即便以高得多的速度运行，它依然维持Heron级别的门保真度，而且在重置单个量子比特时不会削弱相邻量子比特的性能。

对邻居安全的量子比特重置对Nighthawk的方形晶格架构至关重要。在该架构中，大多数量子比特与四个最近邻比特相连——相比之下，以往架构只有两到三个——这让电路设计具备了更高的复杂度和效率。最终，这款处理器不仅能执行更多量子计算，而且能执行更多有用的量子计算。

量子优势与Nighthawk r2上的其他早期成果

Nighthawk r2在速度和质量上的改进，已经促成了多项令人振奋的量子计算能力演示。

例如，在近期通过可信量子计算演示量子优势之后，研究人员使用Nighthawk r2执行了掺杂Clifford采样优势实验，这些实验最初由芝加哥大学（UChicago）与IBM合作开发。

这些实验展示了量子码如今如何被用于在当今的量子计算机上执行超出领先经典模拟方法能力的计算，同时为计算确实得到了正确执行提供信任保证。由于Nighthawk r2相比Heron处理器具有更高的连接度，预计未来将在更广泛的电路和问题类别中看到更多量子优势的演示。

此外，Nighthawk r2已在包含7500个门电路的电路上，使用概率误差放大（PEA）实现了精确的可观测量估计。这是朝着可靠执行日益复杂的量子电路迈出的一个重要里程碑，也是2026年IBM Quantum路线图上的一个关键目标。

这些优势还进一步延伸到直接探索应用的实验中。在今年早些时候报道的中子散射模拟中，Nighthawk r2凭借更高的吞吐量实现了12倍的加速，约60秒即可产生能与实验室实测数据直接对照的谱图。

总而言之，这些结果表明，吞吐量和质量上的进步正在转化为实际计算能力，使量子优势的演示成为可能，让路线图上的目标不断达成，并加速量子应用的发现。

为量子纠错打造

Nighthawk r2的新重置能力不仅可用于电路执行之间，也可以在电路执行期间使用。这为动态电路带来了巨大的效率增益。动态电路是一项先进能力，涉及在单次电路执行的运行过程中进行量子比特测量。

许多量子纠错协议和先进的量子-经典工作流都依赖动态电路。可靠且独立的重置能力覆盖所有可编程量子比特，这使Nighthawk r2成为在这些领域开展研究的强大平台。

新的重置能力允许辅助量子比特在量子错误检测和量子纠错协议（如时空校验）中被反复使用，为将逻辑量子比特引入工作负载的实验提供了更大的灵活性。1

从许多方面来看，这都反映了Nighthawk在IBM Quantum路线图中的角色。它最初是作为探索和扩展量子优势的平台推出，如今已成为增强型纠错运算的试验平台。

立即运行电路

随着量子硬件不断成熟，挑战已不再仅仅是制造更大、更好的处理器，而是如何让研究人员借助现有系统实现尽可能多的成果。凭借120个可编程量子比特和独立、高速的量子比特重置能力，Nighthawk r2旨在让研究人员摆脱这些限制。

更高的电路吞吐量意味着，新的Nighthawk在相同配额内可以运行多得多的作业。据估算，用户使用Nighthawk r2能获得显著更多的可用计算能力，这意味着他们可以少花时间管理量子资源，把更多时间用于探索这些资源所能实现的可能性。

新的Nighthawk r2处理器现已登陆IBM Quantum Platform。无论你是在拓展应用研究、探索动态电路的威力，还是推进最新的量子纠错研究，这套新系统都将帮助你更快地完成更多量子计算。

归根结底，一台量子计算机最重要的不是量子比特或元件的数量，而是它能交付多少有用的计算。随着行业向更复杂的工作负载和容错计算演进，持续将硬件创新转化为实用能力至关重要。现在就前往IBM Quantum Platform，看看IBM Quantum Nighthawk r2能为你的研究带来什么。